Pertemuan XI: Optimasi Tanpa Kendala dan Aplikasinya (Fungsi dengan Variabel 2 atau Lebih) II

  

CATATAN KULI AH

Pe r t e m u a n X I : Opt im a si Ta n pa Ke n da la da n

Aplik a sin y a ( Fu n gsi de n ga n V a r ia be l 2 a t a u Le bih ) I I

A. Fu n gsi Tu j u a n de n ga n Le bih da r i D u a V a r ia be l

  • Bentuk Um um Fungsi 3 Variabel : z= f(x
    • =

  1

  3

  2

  2

  2

  3

  3

  1

  3

  2

  3

  2

  2

  1

  2

  

1

  1

  2

  3

  =

  1

  3

  ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢

  1

  3

  H H = | |

  1 x x H f =

  1 | |

  1

  H =

  2 x x x x x x x x f f f f

  1 | |

  1

  1

  2

  2

  1

  2

  2

  1 dx dx dx f f f f f f f f f dx dx dx z d x x x x x x x x x x x x x x x x x x

  1

  1

  2

  ⎢ ⎢ ⎣ ⎡

  ⎢ ⎢ ⎣ ⎡

  , x

  • Diferensial Total Orde Dua m enghasilkan determ inan Hessian yang sim et ris:

  3

  1

  3

  2

  

1

  2

  2

  2

  3

  

1

  1

  3

  2

  3

  3

  ) Diferensial Tot al Orde Sat u: Diferensial Tot al Orde Dua:

  3

  , x

  2

  2

  1 | | x x x x x x x x x x x x x x x x x x f f f f f f f f f H =

  

1

  2

  2

  3

  

1

  2

  3

  = = = f f f

  > > > H H H o sem ua m inor ut am a diuj i pada t it ik st asioner dim ana:

  1

  

3

  [ ] ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢

  z definit posit if ( m inim um ) bila : | | | | | |

  2

  < > < H H H o d

  1

  2

  

3

  z definit negat if ( m aksim um ) bila : | | | | | |

  2

  Yang m inor ut am anya adalah: Sehingga syarat cukup orde kedua unt uk t it ik ekst rem dari z adalah: o d

  1 dx f dx f dx f dz x x x

B. Pe n e r a pa n Ek on om i

  • Perm asalahan Perusahaan Multiproduk • Contoh 1: Asum sikan suatu perusahaan dengan dua produk berada pada keadaan Persaingan sem purna. Karena berada dalam persaingan sem purna, harga- harga kedua kom odit i dianggap eksogen. Misalkan harga t ersebut dinot asikan

  P d an P dengan

  10

20 Jika P =

  12 dan P = 18, Berapa kuantitas * Q *, Q yang memaksimal kan Laba, dan

  10

  20

  1

  2

  • jumlah Laba nya .

  π

  • Fungsi pendapat an perusahaan: R = P Q P Q ,

  10

  1

  20

  2 Dim ana Q dan Q , adalah t ingkat out put produk 1 dan produk 2

  1

  2

  2

  2 Fungsi biaya perusahaan: C =

  2 Q

  1

  1

  2

  2

  2 Q Q Q + +

  2

  2

  = R C = P Q P Q − + + +

  • 2 Q Q Q

  2 Q Maka fungsi Labanya: π

  10

  1

  20 2 (

  1

  1

  2 2 )

  Derivat if orde pert am anya: ∂ ∂

  π π

  P

4 Q Q , P Q

  4 Q = − − = = − − =

  10

  1

  2

  20

  1

  2

  ∂ QQ

  1

  1 Dalam bent uk m at riks didapat : − 4 −

  1 QP ⎡ ⎤ ⎡ 1 ⎤ ⎡ 10 ⎤

  = ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ − 1 −

4 Q − P

  

2

  20 ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ −

  4 1 − P Q 1 ⎡ ⎤ ⎡ 10 ⎤ ⎡ 1 ⎤

  =

⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥

15 1 − 4 − P Q

  20

  2

⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦

  Didapat :

  4

  4 PP PP

  10

  20

  20

  10 Q = =

  , Q

  1

  2

  15

  15 Sehingga: 4 ( ) 12 −

  18 4 ( ) 18 − * 12 *

  Q

  2 , Q

  4 = = = =

  1

  2

  15

  15

  2

  2

  = + + + R C = - P Q P Q

2 Q Q Q

  2 Q π

  10

  1

  20

  2

  1

  1

  2

  2 ( )

  2

  • 12

  = +

  2 18 ( 4 ) −

  2 2 −

  2 4 −

  2 4 =

  24 72 − 8 − 8 − 32 =

  • 2

  48 π ( ) ( ) ( ) ( )

  − 4 −

  1 ⎡ ⎤

  Penguj ian t it ik ekst rem : Mat riks Hessian H = ⎢ ⎥

  − 1 −

  4 ⎣ ⎦

  − 4 −

  1 H = =

  15 H = − 4 negative definite, → max.

  1

  − 1 −

  4

  • Contoh 2: Asum sikan suatu perusahaan dengan dua produk berada pada keadaan Persaingan sem purna. Karena berada dalam persaingan sem purna, harga- harga kedua kom odit i dianggap eksogen. Misalkan harga t ersebut dinot asikan dengan P d an P . Dengan :

  10

  20

  2

  2 R = P Q P Q , C =

  2 Q

  10

  1

  20

  2

  1

  2

  2 Q

+ +

  2 R C P Q P Q

  • 10

  2 Q

  • 2

  1

  

20

  2

  1

  2 Q = = − + π ( )

  2 Derivat if orde pert am anya:

  ∂ ∂ π π

  = P

4 Q = , = P −

  4 Q =

  10

  1

  20

  2

  ∂ QQ

  1

  1 P P 10 *

  20

  • Q = , Q =

  1

  2

  4

  4

  2

  2

  ⎛ ⎞

  P P P P

  10

20 ⎛ ⎞ ⎛

10 * 20 ⎞

  ⎜ ⎟ P

  2

  2 = P − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ + +

  π

  10

  20

  ⎜ ⎟

  4

  4

  4

  4 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

  ⎝ ⎠

  2

  2

  2

  2

  2 ( ) P 2 ( ) ( ) ( ) P P P

  1

  10

  20 10 *

  20

  2

  2

  = − − = P P + + π

  10

  20 ( )

  8

  8

  8

  8

  8 Penguj ian t it ik ekst rem :

  2

  2

  2

  ∂ ∂ ∂ π π π

  = − 4 , = − 4 =

  2

  2

  ∂ QQQQ

  1

  2

  1

  2

  −

  4

  16 4 negative definite, maximum

  H = = H = − →

  1

  −

  4

  • Diskrim inasi Harga Jika perusahaan m onopolist ic m enj ual sat u j enis produknya ke dalam dua at au lebih pasar yang t erpisah, m aka harus dit ent ukan j um lah out put Q yang dit aw arkan ke m asing- m asing pasar agar Laba m enj adi m aksim um . Pada um um nya, set iap pasar m em punyai kondisi perm int aan yang berbeda, dan bila elast isit as perm int aan berbeda dalam berbagai pasar, m aksim asi Laba m em erlukan prakt ik Diskrim inasi Harga.

  Cont oh 1: Suat u perusahaan m onopoli yang m em produksi 2 m acam produk m em punyai fungsi perm int aan unt uk m asing- m asing produk sebagai berikut :

  D : p =

  36 − 3 q

  1

  1

  1 D : p =

  40 − 5 q

  2

  2

  2

  2

  2 Fungsi biaya t ot alnya:

  2

  3 C = + + q q q q

  1

  1

  2

  2 Tent ukan kuant it as dan harga dari m asing- m asing produk yang

  m em aksim um kan laba unt uk m onopolis t ersebut dan hit ung berapa laba m aksim um nya? Jawab:

  π = TR – TC = ( p

  • 1 q 1 + p

  2 q 2 ) – C

  2

  

2

  = 36q

  1 – 4q 1 + 40q 2 – 8q 2 – 2q 1 q

  2 Turunan pert am a:

  π

  q1 = 18 - 4q 1 – q 2 = 0

  π = 20 - 8q – q = 0

  q2

  2

  1 Diperoleh q = 4 dan q = 2

  1

  2 Unt uk m enent ukan m aksim um at au m inim um , gunakan t urunan

  kedua. π = - 8, π = - 2, π = - 16 ;

  q1q1 q1q2 q2q2

  2

  π q1q1 . π - q1q2 π q1q2 = 124

  2 Karena π < 0, π < 0, dan π . π π > 0, m aka - q1q1 q2q2 q1q1 q1q2 q1q2

  t erbukt i bahw a produksi q

  1 = 4 unit dan q 2 = 2 unit m enghasilkan keunt ungan m aksim um bagi perusahaan.

  • p = 24 dan p = 30

  1

2 Harga produk 1 = 24 dan Harga produk 2 = 30.

  π m aksim um = 112. * Cont oh 2: Misalkan perusahaan m onopolist ik m em punyai fungsi pendapat an rat a- rat a pada 3 pasar yang berbeda sbb: Harga ( P) sebagai fungsi dari kuant it as ( Q)

  P =

  63

  4Q P = 105

  5Q - P =

  75

  6Q - -

  1

  1

  2

  

2

  3

  3 Fungsi pendapat an sebagai perkalian Harga ( P) dengan

  Kuant it as ( Q) , didapat :

  2 R = P Q =

  63Q

  4Q , -

  1

  1

  1

  1

  1

  2 R = P Q = 105Q -

  5Q ,

  2

  2

  2

  2

  2

  2 R Q

  75Q

  • 3

  6Q = P =

  3

  3

  3

  3 Dan Fungsi biaya t ot alnya :

  C

  20

15 Q , Q Q Q Q ,

  = = + + +

  1

  2

  3 Fungsi profit :

  = R ( ) Q R ( ) Q R ( ) Q − + + C ( Q ) π

  1

  1

  2

  2

  3

  3

  = ∂ π / ∂ Q = 63 −

  8 Q − 15 = 48 −

  8 Q = Q = 6 , P =

  39 π

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  / 105

  10

  15

  90

  10 9 ,

  60 = ∂ π ∂ Q = − Q − = − Q = Q = P =

  π

  2

  2

  2

  2

  2

  2

  = ∂ ∂ / Q = 75 −

  12 Q − 15 = 60 −

  12 Q = Q = 5 , P =

  45 π π

  3

  3

  3

  3

  3

  3

  • Jadi didapat Q =

  20 dan Laba maksimum adalah:

  234 540 245

  R = R = R =

  1

  2

  3

  R 1019 C 340 679

  = = = π

  Unt uk m elihat im plikasi dari kondisi ini berkait an dengan diskrim inasi harga, dihit ung pendapat an m arj inal sbb :

  R = P Q i i i

  ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ dR dQ dP dP Q

  1

  1

  1 MR = = + + P Q = P = P i i i i i

  • i i i i i

  ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎟⎟ dQ dQ dQ dQ P ε i i i i i di

  ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

  Di m ana ε : nilai elastisitas perm intaan dalam pasar ke-I

  di

  ( biasanya negat if) . Unt uk kasus di at as :

  dP dP dP

  1

  

1

  1

  = − 4 = − 5 = −

  6

  dQ dQ dQ

  1

  

1

  1

  39

  1

  60

  1

  45

  1 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

  = = 1 . 625 , = = 1 . 33 , = = 1 .

  5 ε ⎜ ⎟ ε ⎜ ⎟ ε ⎜ ⎟

  d 1 d 1 d

  1

  6

  4

  9

  5

  5

  6 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

  Æ Syarat Orde pert am a = = = M C = M R = M R = M R

  π

  1 π

2 π

  3

  1

  2

  3 Karena :

  ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

  1

  1 ⎜ ⎟

  1 MR = P = P

  • 1

  i i i

  ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜ ⎟

  ε ε

  di di

  ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

  Maka syarat orde pert am a m enj adi : ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

  1

  1

  1 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

  1

  1

  1 P − = P − = P

  1

  2

  3

  ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ε ε ε

  d 1 d 2 d

  3

  ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

  1

  1

  1 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

  39 1 − =

  60 1 − =

  45 1 − =

  15 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 1 . 625

  1 .

  33 1 .

  5 Fungsi Produksi : ( ) b a Q Q , = Am bil derivat if t ot alnya, m aka isokuannya adalah:

  

Q dengan P e Q P P e Q P

Q dengan P e Q P P e Q P

  3. Proses produksi m em but uhkan t t ahun unt uk selesai , sehingga pendapat an ( fut ure) harus didiskont okan sebelum dapat dibandingkan dengan biaya sekarang ( present )

  1

  → < > <

  − −

  − =

  = = = = = = − = − =

  − = = − =

  = − = = − =

  H H H Q Q Q

  Asum sikan

  1. Dua input a dan b digunakan dalam produksi produk Q

  2. Harga dari out put P dan harga- harga input P a dan P b

  4. Tingkat diskont o adalah i Fungsi Biaya C dan fungsi pendapat an R:

  2

  ( ) rt b a

  

Q e b a P R bP aP C

  = + = , Jadi Fungsi Labanya:

  

( ) ,

  π

  b a rt

Q bP aP e b a P C R − − = − =

  −

  Am bil derivat if parsialnya :

  π π b a

  > = = − = > = = − =

  − − − − b b rt b b rt b a a rt a a rt a

  1

  2

  Penguj ian t it ik ekst rem max. definite, negative , , ,

  48 π

  12

  10

  8 π π π π π π

  12 π

  10 π

  8 π

  12

  60 π

  10

  90 π

  8

  1

  3

  2

  32

  23

  

31

  13

  21

  12

  33

  22

  11

  3

  • Keputusan I nput dalam Perusahaan Variabel pilihan dari perusahaan j uga bisa t im bul dalam bent uk t ingkat input , selain t ingkat out put Q i

  = + dQ Q da Q db =

  a b dbQMPP

a a

  = =

  da Q MPP b b

  Not e: MPP = Marginal Physical Product / Produk Fisik Marj inal Unt uk m endapat kan Q & Q > , m aka m em bat asi input pilihan

  a b

  hanya pada bagian dengan kem iringan negat if pada isokuan t ersebut sehingga t iap isokuan dapat dianggap sebagai fungsi b = (a)

  φ Syarat Orde Kedua unt uk Laba m aksim um :

  rt rt

− −

  P Q e P Q e aa ab

  

H dan

= > rt rt

  

− −

P Q e P Q e ab bb

  −rt H = P Q e <

  1 aa

  Maka syarat t ersebut t erpenuhi j ika:

  

Q < dan

aa

  Q Q Q Q

  >

  

aa bb ab ab

Q Q Q

  Not e: adalah laj u perubahan dari dim ana konst an

  

aa a b

C. Aspe k St a t is Kom pa r a t if da r i Opt im a si

  • I de utam a: untuk m engetahui ‘bagaim ana perubahan pada sem barang param et er akan m em pengaruhi posisi ekuilibrium pada m odel, yang berkait an dengan nilai opt im al dari variabel pilihan’
  • Pem ecahan Bentuk Ringkas (reduced-form )

  Pada Perm asalahan Perusahaan Mult iproduk Cont oh 1, P d an P : harga- harga kedua kom odit i bersifat eksogen.

  10

20 Tingkat out put opt im al dinyat akan dalam param et er eksogen

  t ersebut :

4 P − P

  4 PP

  10

  20

  20

  10

  ,

  Q = Q =

  1

  2

  15

  15 Diferensiasi parsial dari solusi opt im al t ersebut akan m em berikan sifat - sifat st at is kom parat if dari m odel t ersebut :

  • Q

  ∂

  4 ∂ Q 1 ∂ Q 1 ∂ Q

  4

  1

  1

  2

  2

  = , = − , = − , = ∂ P 15 ∂ P 15 ∂ P 15 ∂ P

  15

  10

  20

  10

  20 JADI dapat disim pulkan: unt uk m em aksim alkan laba, set iap produk sebaiknya diproduksi dalam j um lah besar j ika harga naik at au bila harga pasar produk lain t urun.

  • Model Fungsi Um um (general-function m odels) Pada Keput usan I nput dalam Perusahaan , asum sikan Q > 0.

  ab

  Berapa banyak param et er pada m odel t ersebut ? Fungsi Labanya:

  rt

  = RC = P Q ( ) a , b eaPbP π a b

  Derivat if parsialnya :

  rt rt − −

  = P Q eP = P Q e = P dengan Q > π a

a a a a a

rt rt

  − − = P Q eP = P Q e = P dengan Q > π b b b b b b

  • - rt - 1

  Dalam m odel diskrit : e = ( 1 + i ) Sehingga: F

  

1 ( a, b; P , Pa , Pb , i ) = P Qa( a, b) ( 1 + i ) - 1 – Pa = 0

  F

  

2 ( a, b; P , Pa , Pb , i ) = P Qb( a, b) ( 1 + i ) - 1 – Pb = 0

  Jadi t erdapat em pat param et er ( P , Pa , Pb , i ) Selanj ut nya cari ( ∂a* / ∂i ) and ( ∂b* / ∂i ) , dan apa int erpret asi ekonom inya?

  

a = a ( P , P , P , i )

a b

  b = b ( P , P , P , i ) a b

  −

  1 P Q ( a , b )( 1 i ) − Pa a

    • 1 *

  P Q ( a , b )( 1 i ) − Pb b

  Derivat if orde keduanya:

  1 * *

  1

  1

  2 − − − −

  P Q ( 1 i ) da P Q ( 1 i ) db = − Q ( 1 i ) dP dP P Q ( + + + + + 1 i ) di aa ab a a a

  1

  1 * *

  1

  2 − − − −

  P Q ( 1 i ) da P Q ( 1 i ) db = − Q ( + + + + + + + 1 i ) dP dP P Q ( 1 i ) di ab bb b b b

  Dalam bent uk m at riks:

  − 1 −

1 −

1 −

  2 ⎡ (

  • 1 ) (

  1 ) ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ( 1 ) ( 1 ) ⎤

P Q i P Q i daQ i dP dP P Q i di

aa ab a a a

  • + + + + + +

  = ⎢ − 1 −

1 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ −

1 − * 2 ⎥

  ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )

P Q i P Q i dbQ i dP dP P Q i di

+ +

  ab bb b b b

⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ Misalkan hanya variabel eksogen I saj a yang bervariasi m aka:

  1

  1

  • aa ab a

  2 − − −

  ⎡ P Q ( 1 i ) P Q ( 1 i ) ⎤ ⎡ a ⎤ ⎡ P Q ( + + + 1 i ) ∂ i ⎤ ∂

  = ⎢ 1 1 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 2 ⎥

  − − −

  • P Q (

  1 i ) P Q ( 1 i ) b P Q ( 1 i ) ∂ i ab bb b

  ⎣ ⎦

⎣ ⎦ ⎣ ⎦

  Jika ∂i

  

1

  2 − − −

  • 1 i ) P Q (

  ⎡ P Q ( + +

  1 i ) ⎤ ⎡ ∂ ai ⎤ ⎡ P Q ( 1 i ) ⎤ aa ab a

  • 1

  = ⎢ 1 1 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥

  2 − − −

  • P Q (

  

⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦

  1 i ) P Q ( 1 i ) ∂ bi P Q ( + + + 1 i ) ab bb b

  Dengan at uran Cram er:

  − −

  2

  1

  ( 1 ) ( 1 )

  P Q i P Q i

  a ab A = a

  

  2 −

  1

  ( 1 ) ( 1 )

  P Q i P Q i b bb

  1

  1 − − P Q (

  1 i ) P Q ( 1 i )

  aa ab J =

  1

  1 − − P Q (

  1 i ) P Q ( 1 i )

  ab bb

  3 −

( Q QQ Q ) P (

  • aa bb b ab

  1 i ) ⎛ ∂

  • 2

  = < ⎜⎜ ⎟⎟

  ∂ i J ⎝ ⎠

  • a

  ∂

  Jika Q 0, maka > <

  ab

  ∂ i I nt erpret asi: kuant it as dari input akan m enurun ket ika t ingkat diskont o ( i ) m eningkat . Selanj ut nya ket ika t ingkat diskont o ( i ) m eningkat , nilai uang sekarang ( present ) dari out put P m enurun, yang m engurangi perm int aan im plisit ( MVP) unt uk input a dan b.

  Lat ihan:

  1. Suat u peusahaan dengan dua produk m enghadapi fungsi perm int aan dan biaya sbb: Q1 = 40 – 2 P1– P2 Q2 = 35 – P1 – P2

  2

2 C = Q1 + 2 Q2 + 10

  A. Carilah t ingkat out put yang m em enuhi syarat cukup orde pert am a unt uk laba m aksim um ? B. Periksa syarat cukup orde kedua. Dapat kah anda m em ut uskan bahw a persoalan ini m em iliki m aksim um m ut lak yang unik?